论文部分内容阅读
爬壁机器人在很多领域已经从实验室研究走向了实际的工程应用。因其在垂直陡壁或高空极限空间作业的特点,已被广泛地研究并应用于清洗、检测,核工业、石化企业、建筑行业、消防部门、造船等领域等多个行业,其目的是代替人类,在危险状态下作业。甚至在国家的安全保障工作中,爬壁机器人也可显著提高任务执行的成功率。本文研究的爬壁机器人采用的是负压吸附式的原理,通过吸盘足牢靠的吸附在垂直的墙面上。机械关节的设计上采用欠驱动结构,这种设计减少了爬壁机器人的能耗,但同时增加了爬壁机器人控制的复杂性。论文首先研究了爬壁机器人的电机控制,在梯形规划的基础上,采用模糊控制方法来控制电机的转速以提高机器人的爬行速度。然后讨论了基于有限状态机的爬壁机器人的步态规划。最后讨论了爬壁机器人的路径规划问题。在障碍物位置固定的环境中,通过蚁群算法来搜寻爬壁机器人的最优路径。对于在平面上运行的情况,在使用基本蚁群算法的基础上,采用死锁缓解法、双层信息素更新和两次随机性保证来提高蚁群算法的收敛速度和寻优能力；对于在垂直壁面运行的情况,提出了一种基于最小重力势能消耗的方法,并与蚁群算法进行融合进行路径规划。基于MATLAB的仿真实验结果表明,在两种情况下的路径规划很好的达到理论的预期效果。